Desarrollo de un fotoánodo a base de BiVO4/ZnFe2O4 para la producción de hidrógeno vía fotoelectrólisis

Abstract

En este trabajo se realizó el depósito de películas delgadas de bismuto por el método de electrodepósito para posteriormente realizar un tratamiento térmico a vacío, una vez depositadas estas películas se oxidaron con un precursor de vanadio para formar BiVO4. Todas las muestras se caracterizaron mediante el método de haz rasante por difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido, espectroscopía ultravioleta-visible y microscopía de fuerza atómica. Se realizaron mediciones de fotocorriente y de impedancia electroquímica para determinar los potenciales de banda plana y los portadores de carga. Se demostró que la película tratada a 200 °C fue la que presentó una mejor respuesta a la fotocorriente por lo cual se decidió tomar esa condición de depósito para formar una heteroestructura con materiales basados en Fe. Para realizar el depósito del segundo material se hizo un depósito de FeOOH como precursor para posteriormente formar Fe2O3 (Hematita) y ZnFe2O4 (Ferrita de Zinc). Se observó que los materiales de FeOOH no presentan una generación de fotocorriente, el Fe2O3 y el ZnFe2O4 presentaron generación de fotocorriente, sin embargo, son muy inestables en el medio electrolítico presentando una alta recombinación de los portadores fotogenerados, cuando se ensamblan cada una de estas estructuras con el BiVO4 se observa una mejoría en la fotocorriente inclusive que la del BiVO4 prístino. Esta mejora se debió a diversos fenómenos o procesos que fueron analizados en este trabajo de investigación. In this work, the deposit of bismuth thin films was carried out by the electrodeposition method to later perform a vacuum heat treatment, once these films were deposited they were oxidized with a vanadium precursor to form BiVO4. All samples were characterized using the grazing beam X-ray diffraction method, scanning electron microscopy, ultravioletvisible spectroscopy, and atomic force microscopy. Photocurrent and electrochemical impedance were performed to determine flat band potentials and charge carriers. It was shown that the film treated at 200 °C was the one that presented a better response to photocurrent, for which it was decided to take that deposit condition to form a heterostructure with Fe-based materials. To carry out the deposit of the second material, deposited FeOOH as a precursor to later form Fe2O3 (Hematite) and ZnFe2O4 (Zinc Ferrite). It was shown that the FeOOH materials do not present a generation of photocurrent, Fe2O3 and ZnFe2O4 appeared generation of photocurrent, however, they are very unstable in the electrolytic medium, presenting a high recombination of the photogenerated carriers, when each of these is assembled. structures with BiVO4 an improvement in the photocurrent is observed even tmore han that of the pristine BiVO4. This improvement is due to various phenomena or processes that were analyzed in this research work